高電場印加・温度可変環境下での強誘電体の静的・動的構造物性研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360014
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 黒岩 芳弘 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40225280)
• 研究分担者: 森吉 千佳子 広島大学, 大学院理学研究科, 准教授 (00325143) ; 大沢 仁志 公益財団法人 高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (00443549)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 誘電体物性 / ペロブスカイト / X線回折 / 電場印加実験 / 時分割実験 / 結晶構造解析 / 放射光

研究概要

高電場印加により人工的に大きく格子変形させた強誘電体の格子歪みをその場観察するための実験要素技術の開発を行った．研究目的を達成するために，試料印加電場および試料温度を精密に制御できる機能を備えたＸ線回折・誘電物性同時計測装置を広島大学に導入し，電場印加下での静的構造物性研究を大学で行うための研究基盤を構築した．一方，放射光施設SPring-8では，電場印加下で時分割X線回折実験のできる構造計測システムを確立した．これらの装置を使って，強誘電体単結晶に交番電場を印加したときに起こる分極反転と圧電振動の際の格子変形のダイナミクスを，マイクロ秒の時間分解能で精密にその場観測することに成功した．

研究成果

• [雑誌論文] Non-180° Polarization Rotation of Ferroelectric (Bi_<0.5>Na_<0.5>)TiO_3 Single Crystals under Electric Fields (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Kitanaka, K.Yanai, Y.Noguchi, M.Miyayama, Y.Kagawa, C.Moriyoshi and Y.Kuroiwa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 ページ: 104104/1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.104104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of (Bi_<1/2>K_<1/2>)TiO_3-Bi(Mg_<1/2>Ti_<1/2>)O_3-BiFeO_3 Ceramics with Nanodomain Structure and Their Piezoelectric Properties (2014)
  • 著者名/発表者名: H.Kamei, I.Fujii, K.Nakashima, Y.Kuroiwa, H.Minemoto and S.Wada
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 582 ページ: 88-91
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.582.88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for a Tricritical Point Coinciding with the Triple Point in (Pb_<0.94>Sr_<0.06>)(Zr_xTi_<1-x>)O_3 : A Combined Synchrotron X-ray Diffraction (2013)
  • 著者名/発表者名: R.S.Solanki, S.K.Mishra, Y.Kuroiwa, C.Moriyoshi and D.Pandey
  • 雑誌名: Dielectric, and Landau Theory Study, Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 184109/1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.184109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Polarization in KNbO_3 Visualized by Synchrotron Radiation Powder Diffraction (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Kawamura, E.Magome, C.Moriyoshi, Y.Kuroiwa, N.Taniguchi, H.Tanaka, S.Maki, M.Takata and S.Wada
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 09KF04/1-4
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.09KF04
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structural Analyses of Ferrielectric Tetragonal (Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3-7%BaTiO_3 Powders and Single Crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Kitanaka, M.Ogino, K.Hirano, Y.Noguchi, M.Miyayama, Y.Kagawa, C.Moriyoshi, Y.Kuroiwa, S.Torii and T.Kamiyama
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 09KD01/1-5
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.09KD01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron Radiation Analyses of Lattice Strain Behaviors for Rhombohedral Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3 Single Crystals under Electric Fields (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Kitanaka, Y.Noguchi, M.Miyayama, Y.Kagawa, C.Moriyoshi, Y.Kuroiwa, H.Fujisawa and M.Shimizu
  • 雑誌名: J. Ceram. Soc. Jpn. 巻: 121 ページ: 632-637
  • DOI: 10.2109/jcersj2.121.632
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron Radiation Analyses of Domain Switching and Lattice Strain Behaviors for Ferroelectric (Bi_<0.5>Na_<0.5>)TiO_3 Single Crystals under Electric Fields (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Kitanaka, Y.Noguchi, M.Miyayama, Y.Kagawa, C.Moriyoshi and Y.Kuroiwa
  • 雑誌名: Ferroelectrics 巻: 443 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1080/00150193.2012.741915
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron Radiation Analyses of Domain Switching Behaviors for Ferroelectric BaTiO_3 Single Crystals under Electric Fields (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Ishikawa, Y.Kitanaka, T.Oguchi, Y.Noguchi, M.Miyayama, C.Moriyoshi, Y.Kuroiwa
  • 雑誌名: J. Korean. Phys. Soc. 巻: 62 ページ: 1046-1050
  • DOI: 10.3938/jkps.62.1046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure and Piezoelectric Properties of BaTiO_3-Bi(Mg_<1/2>Ti_<1/2>)O_3-BiFeO_3 ceramics (2013)
  • 著者名/発表者名: R.Mitsui, I.Fujii, K.Nakashima, N.Kumada, T.Watanabe, M.Shimada, J.Hayashi, H.Yabuta, M.Kubota, T.Fukui, Y.Kuroiwa and S.Wada
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 566 ページ: 59-63
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.566.59
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-Resolved Measurements of Lattice Strain in Ferroelectric Crystals Induced by Application of Electric Field : Single Crystal Diffraction Study (2013)
  • 著者名/発表者名: C.Moriyoshi and Y.Kuroiwa
  • 雑誌名: Transactions of the Symposium held at the 2013 American Crystallographic Association Annual Meeting, Honolulu, HI ページ: 170-181
  • URL: http://www.amercrystalassn.org/documents/2013%20Transactions/13-Moriyoshi.pdf
• [雑誌論文] 高エネルギー放射光回折によるチタン酸バリウム系強誘電体の静的・動的構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子, 黒岩芳弘
  • 雑誌名: セラミックス 巻: 48 ページ: 512-517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Capturing Instantaneous Lattice Distortion of Tetragonal BaTiO3 Induced by Application of Voltage for Millionths of a Second (2013)
  • 著者名/発表者名: C.Moriyoshi and Y.Kuroiwa
  • 雑誌名: SPring-8 Research Frontiers 2012 ページ: 52-53
• [雑誌論文] Nanostructure Control of Barium Titanate-Potassium Niobate Nanocomplex Ceramics and Their Enhanced Ferroelectric Properties (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Wada, K.Yamashita, I.Fujii, K.Nakashima, N.Kumada, C.Moriyoshi, Y.Kuroiwa, Y.Fujikawa, D.Tanaka and M.Furukawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 09LC05/1-5
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.09LC05
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure of BaTiO_3-KNbO_3 Nanocomposite Ceramics : Relationship between Dielectric Property and Structure of Heteroepitaxial Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: E.Magome, Y.Kuroiwa, H.Yoshimura, C.Moriyoshi, K.Yamashita, I.Fujii, K.Nakashima, N.Kumada and S.Wada
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 09LE05/1-4
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.09LE05
  • 査読あり
• [雑誌論文] 強誘電体BaTiO_3 の電場誘起格子歪みのダイナミクス:時分割X 線回折による研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子, 黒岩芳弘
  • 雑誌名: 放射光 巻: 25 ページ: 285-291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Success in Capturing Instantaneous Atomic Movement Induced by Application of Voltage for Millionths of a Second (2012)
  • 著者名/発表者名: C.Moriyoshi, S.Hiramoto, H.Ohkubo, Y.Kuroiwa, H.Osawa, K.Sugimoto, S.Kimura, M.Takata, Y.Kitanaka, Y.Noguchi, and M.Miyayama
  • 雑誌名: J. of Synchrotron Rad. (facility information of SPring-8) 巻: 19, Part 2, March (2012)
• [雑誌論文] Synchrotron Radiation Study on Time-resolved Tetragonal Lattice Strain of BaTiO_3 under Electric Field (2011)
  • 著者名/発表者名: C.Moriyoshi, S.Hiramoto, H.Ohkubo, Y.Kuroiwa, H.Osawa, K.Sugimoto, S.Kimura, M.Takata, Y.Kitanaka, Y.Noguchi and M.Miyayama
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. (Spotlights, Top 20 Most Downloaded Articles 2011 Oct. & Nov. Press Release) 巻: 50 ページ: 09NE05/1-4
  • DOI: 10.1143/JJAP.50.09NE05
  • 査読あり
• [学会発表] パルス放射光活用による格子ダイナミクスの可視化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子
  • 学会等名: SPring-8 コンファレンス2014
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2014-03-07
  • 招待講演
• [学会発表] Electric-Field-Induced Ferroelectric-Ferrielectric Phase Transition in (Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3-BaTiO_3 Single Crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Kitanaka, K.Hirano, M.Ogino, T.Oguchi, Y.Noguchi, M.Miyayama, Y.Kagawa, C.Moriyoshi, Y.Kuroiwa, S.Torii and T.Kamiyama
  • 学会等名: 第23回日本MRS 年次大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20131209-11
• [学会発表] Time-Resolved Measurements of Lattice Distortion in Ferroelectric Crystals Induced by Application of Electric Field : Single Crystal Diffraction Study (2013)
  • 著者名/発表者名: C.Moriyoshi
  • 学会等名: American Crystallographic Association Annual Meeting
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20130720-24
  • 招待講演
• [学会発表] Valence Electron Density Study of Perovskite-type Ferroelectrics (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuroiwa
  • 学会等名: Korea-Japan the 12th Joint Workshop
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20130518-20
  • 招待講演
• [学会発表] ペロブスカイト型誘電体の精密電子密度解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 黒岩芳弘
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学 (シンポジウム)
  • 年月日: 20130326-29
  • 招待講演
• [学会発表] (2013)
  • 著者名/発表者名: 引地奈津子, 森吉千佳子, 黒岩芳弘, 大沢仁志, 杉本邦久, 北中佑樹, 野口祐二, 宮山勝
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20130326-29
• [学会発表] SPring-8 BL02B1 及びBL02B2 における強誘電体構造物性に関する最近の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子
  • 学会等名: 誘電体研究委員会 第129回定例会・技術交流会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2013-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] BL02B1 を用いた誘電体結晶の時分割構造計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子
  • 学会等名: PRUC 構造物性研究会・キラル磁性・マルチフェロイックス研究会合同研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2013-01-12
  • 招待講演
• [学会発表] 放射光単結晶回折による誘電体結晶の電場下時分割構造計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20120919-21
  • 招待講演
• [学会発表] Synchrotron Radiation Study on Time-Resolved Tetragonal Lattice Strain of BaTiO_3 under Electric Field (2012)
  • 著者名/発表者名: C.Moriyoshi, S.Hiramoto, H.Ohkubo, Y.Kuroiwa, H.Osawa, K.Sugimoto, S.Kimura, M.Takata, Y.Kitanaka, Y.Noguchi, and M.Miyayama
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 20120911-14
  • 招待講演
• [学会発表] Electric-field-induced Phase Transition of BaTiO_3-based Ceramics (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Ogawa, C.Moriyoshi, Y.Kuroiwa, N.Inoue and T.Okamoto
  • 学会等名: The 9th Korea-Japan Conference on Ferroelectrics (KJC-FE09)
  • 発表場所: University of Ulsan, Korea
  • 年月日: 20120807-10
• [学会発表] Challenge in Capturing Instantaneous Atomic Motion in Ferroelectric Crystals Induced by Application of Electric Field : Time-Resolved Single Crystal Diffraction Study (2012)
  • 著者名/発表者名: C.Moriyoshi
  • 学会等名: The Sagamore XVII, Great Potential from Advanced Probes, IUCr Commision on Charge, Spin and Momentum Densities
  • 発表場所: Hokkaido
  • 年月日: 20120715-20
  • 招待講演
• [学会発表] Electron Charge Density Study on Emergence of Ferroelectricity in Perovskites (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuroiwa
  • 学会等名: International Symposium on Applications of Ferroelectrics (ISAF)
  • 発表場所: Aveiro, Portugal
  • 年月日: 20120709-13
• [学会発表] Charge Density Studies of Piezoelectric Ceramics : Characteristic Chemical Bonding and Thermal Motion (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuroiwa
  • 学会等名: 4th International Conference "Smart Materials, Structures and Systems" (CIMTEC2012)
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy
  • 年月日: 20120610-14
  • 招待講演
• [学会発表] 強誘電体材料研究における電場印加時分割測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子
  • 学会等名: 平成23年度GIGNO研究領域創成支援プロジェクト研究会 高繰り返しシングルバンチ切り出しチョッパーが拓く科学 -放射光による時分割計測の新展開-
  • 発表場所: 国際ファッションセンター, 東京
  • 年月日: 20120321-22
  • 招待講演
• [学会発表] セラミックス材料における優れた誘電特性創出のための構造物性研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 黒岩芳弘
  • 学会等名: SPring-8 粉末材料構造解析研究会(第4回)～ 材料構造解析のための最新手法情報 ～
  • 発表場所: (社)日本化学会化学会館
  • 年月日: 2012-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] SPring-8 BL02B1 における単結晶を用いた時間分解システムの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉本邦久,安田伸広, 大沢仁志, 工藤統吾, 二澤宏司, 森吉千佳子, 黒岩芳弘,藤原明比古
  • 学会等名: 第25回日本放射光学会年会
  • 発表場所: 鳥栖
  • 年月日: 2012-01-09
• [学会発表] Time-resolved Structural Study on Dielectric Materials under Electric Field using Synchrotron Radiation Single Crystal Diffraction (2011)
  • 著者名/発表者名: C.Moriyoshi
  • 学会等名: NCRLAB- Hiroshima Univ. Joint Workshop
  • 発表場所: Yangsan, Korea
  • 年月日: 20111201-02
  • 招待講演
• [学会発表] Advances in Electron Charge Density Study for Structural Materials Science (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuroiwa
  • 学会等名: NCRLAB- Hiroshima Univ. Joint Workshop
  • 発表場所: Yangsan, Korea
  • 年月日: 20111201-02
  • 招待講演
• [学会発表] Structural Study of BaTiO_3-based Ceramics under Device-operating Environment (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Yoshimura, Y.Kuroiwa and S.Wada
  • 学会等名: 2011 Korean-Japanese Student Workshop
  • 発表場所: Pusan National University, Busan, Korea
  • 年月日: 20110929-1001
• [学会発表] Crystal Structure of BaTiO3-based Ceramics in MLCCs under Applied High Voltage (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuroiwa, H.Ohkubo, C.Moriyoshi, N.Inoue and T.Okamoto
  • 学会等名: XXII Congress and General Assembly of the Int'l Union of Crystallogr. (IUCr 2011)
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 20110822-30
  • 招待講演
• [学会発表] 電場を印加した強誘電体BaTiO_3 の正方晶歪みの時分割測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子, 平本尚三, 黒岩芳弘, 大沢仁志, 杉本邦久, 木村滋, 高田昌樹, 北中佑樹, 野口祐二, 宮山勝
  • 学会等名: SPring-8 コンファレンス2011
  • 発表場所: 東京ステーションコンファレンス
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] 放射光単結晶回折によるBaTiO_3の電場誘起格子歪みの時分割測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子, 平本尚三, 大久保寿紀, 黒岩芳弘, 大沢仁志, 杉本邦久, 北中佑樹,野口祐二
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] ペロブスカイト型強誘電体の放射光精密構造物性研究についての新展開 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒岩芳弘
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] 放射光を用いた強誘電体の構造物性研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒岩芳弘
  • 学会等名: 第28回強誘電体応用会議(FMA-28)
  • 発表場所: 京都 (チュートリアル)
  • 年月日: 2011-05-27
  • 招待講演
• [学会発表] 放射光単結晶回折によるBaTiO_3 の電場印加正方晶歪みの時分割測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森吉千佳子, 平本尚三, 大久保寿紀, 黒岩芳弘, 大沢仁志, 杉本邦久, 木村 滋,高田昌樹, 北中佑樹, 野口祐二, 宮山勝
  • 学会等名: 第28回強誘電体応用会議(FMA-28)
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-05-25
• [備考]
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/xtalphys/